中國東北地區著名山地之一，黑龍江幹流與松嫩水系間的分水嶺。呈西北—東南走向。介於北緯46°06′～51°，東經125°30′～130°52′。海拔約300～800米，寬100公裡左右，長約400公裡，面積3.94萬平方公裡。最高峰為平頂山(1429米)。分水嶺兩側的斜面不對稱，東北坡短而陡，西南坡長而緩。
小興安嶺屬於華力西褶皺帶。第三紀時山體北部處在北東向沉積帶上，並與東北方的俄羅斯境內結雅河低地和西南方的松嫩平原聯成成一片，在上新世末更新世初沿北北東向和北西向斷裂抬升為山嶺，與結雅河低地及松嫩平原分離。同時沿兩側斷裂帶發生多期巖漿噴出活動，東北側多裂隙噴發，溶巖面積大；西南側多中心式噴發，火山錐體多。山體西南側的山前臺地上有德都五大連池、科洛、二克山、尖山等火山群。五大連池火山群在1719～1721年尚有火山噴發活動。小興安嶺在鐵力—嘉蔭—線西北地表平緩呈丘陵性臺地狀；該線東南呈低山丘陵地貌。
小興安嶺地區冬季嚴寒，年均溫0℃左右，1月均溫－25℃左右，7月19～21℃，無霜期100～130天，年降水量500～700毫米，多集中在6～8月。年均相對濕度約70％，10℃以上活動積溫2000～2500℃，廣佈島狀多年凍土與季節凍土，沼澤發育。
區內河流4月上旬出現春訊，6月上中旬至9月中下旬出現夏秋汛，河流封凍期約達5個月，河川年徑流深150～400毫米。
小興安嶺東南段以紅松為主的針闊葉混交林占優勢，常見的混生樹種有：魚鱗雲杉、紅皮雲杉、臭冷杉、楓樺、興安白樺、黑樺、山楊、蒙古櫟、椴、槭、榆等。西北段由針闊葉林逐漸向針葉林過渡。主要樹種為蒙古櫟、黑樺、落葉松及樟子松等。混交林破壞後，則成山楊、白樺、蒙古櫟等多種闊葉樹組成的雜木林，以櫟為主的次生林或蒙古櫟純林。林下多藤本植物、草本植物。
土壤以暗棕色森林土為主，並有草甸暗棕色森林土，階地上為黑土及草甸黑土，河谷地有泥炭潛育土及各類草甸土、泥炭沼澤土。
動物資源主要有馬鹿、麝、狗熊、猞猁、東北野豬，鳥類有鴻雁、鴛鴦等。
小興安嶺是中國重要林業基地之一。區內有以保護紅松母樹為主的豐林森林自然保護區（見伊春市）、五大連池自然保護區等。